江西师范大学AFM:双键约束增强多磷化物在金属磷化物阳极上的吸附和电化学动力学,用于可逆和稳定的锂/钠存储!

文摘   2024-11-05 18:55   河南  

第一作者:程得亮
通讯作者:陈义旺,程得亮,欧阳楚英
通讯单位:江西师范大学





研究背景



金属磷化物在锂/钠储能方面具有高能量密度,但其可逆性和可循环性较差。研究人员报道了一种制备双键约束复合材料的方法,通过将MxPy纳米颗粒与MXene和石墨烯纳米片结合,捕获多磷酸盐,稳定转化生成物,并促进电子转移和离子扩散,从而提高转化反应的可逆性。MXene-Sn4P3-G复合材料作为锂离子电池阳极,具有高初始库仑效率和高可逆容量,在高速率下仍保持高可逆容量。在袋式全电池和钠离子电池中,该复合材料的循环寿命得到了显著延长。这项研究提供了提高转换型阳极可逆性和循环能力的新视角。




图文解析



图3。a) MXene-Sn4P3-G的CV曲线。b) Sn4P3、Sn4P3-G和MXene-Sn4P3-G在0.2 A g−1下的循环性能。d) 0.2 A g−1下的循环放电/充电曲线,e) MXene-Sn4P3-G的倍率放电/充电曲线。f) Sn4P3、Sn4P3-G和MXene-Sn4P3-G的速率性能。g) MXene-Sn4P3-G的高速率循环性能。h) MXene-Sn4P3-G与其他mps阳极的循环寿命比较。

图4。a)初始1.5 V放电后的EIS结果,b) Sn4P3、Sn4P3-G和MXene-Sn4P3-G的Z′/′′- 1/2图。c) MXene-Sn4P3-G在0.2 ~ 1.5 mV s−1范围内的CV曲线,d) Sn4P3、Sn4P3-G和MXene-Sn4P3-G放电和充电峰的Ip/v1/2图。e) GITT曲线,f) Sn4P3、Sn4P3-G和MXene-Sn4P3-G放电/充电过程中相应的li +扩散系数。g) Li+扩散模型;h) Sn4P3-G和MXene-Sn4P3-G的扩散能垒。

图6。a) MXene-Sn4P3-G完全锂化后不同循环的XRD图谱。b、c) Sn4P3、Sn4P3- g和MXene-Sn4P3-G经过250次循环后的XRD和XPS谱图。d)电解液浸入循环Sn4P3、Sn4P3-G和MXene-Sn4P3-G电极的FT-IR光谱,e)紫外-可见光谱,图中为电极的光学图。f) TEM图像,插图为SAED图案,g) HRTEM图像,h)元素映射,i)循环MXene-Sn4P3-G的EDS分析。j) MXene/G和G对聚磷酸锂的双键和单键吸附能。k)脱锂过程中MXene-Sn4P3-G阳极示意图。

本文深入研究了MPs在脱/嵌锂过程中的相变,揭示了不满足可逆性和循环性的多磷化物溶解的关键问题。研究成功制备了一系列双键约束的MXene-MxPy-G复合材料,其结构为MxPy纳米颗粒通过Ti-P/C-P键强烈地与MXene/G基体结合。通过原位/离位表征、电化学分析和DFT计算表明,双键固定不仅为多磷化物物种提供了强的吸附作用,而且实现了快速的电化学动力学,从而极大地促进了转换反应的可逆性。正如预期的那样,这些MXene-MxPy-G复合材料作为LIBs/SIBs的阴极显示出卓越的可逆性和循环性。特别是,MXene-Sn4P3-G代表物实现了高的ICE/容量输出(LIBs下0.2 A g−1时为90.1%/1058.6 mAh g−1,SIBs下0.2 A g−1时为87.7%/601.8 mAh g−1)、超长的使用寿命(LIBs下为1450次循环,SIBs下为1200次循环)和高倍率性能。因此,这一策略同样可以应用于其他高性能LIBs/SIBs的转换型阳极材料。
参考文献:

D. ChengL. LeiL. LiA. WeiC. OuyangL. TanQ. HuangY. ChenDual-Bond Confinement Enhanced Polyphosphides Adsorption and Electrochemical Kinetics in Metal Phosphides Anodes for Reversible and Stable Lithium/Sodium StorageAdv. Funct. Mater. 2024, 2417253.

DOI: 10.1002/adfm.202417253


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